Realizado no Rio de Janeiro/RJ, de 14 a 18 de Outubro de 2013.
ISBN: 978-85-85905-06-4
ÁREA: Ambiental
TÍTULO: ENERGIAS RENOVÁVEIS: OXIDAÇÃO DO ETANOL EM CATALISADORES A
BASE DE PLATINA E ZIRCÔNIA PARA APLICAÇÃO EM CÉLULAS A
COMBUSTÍVEL
AUTORES: Sousa, A. (IFMA)
RESUMO: O projeto visa o estudo da oxidação do etanol em catalisadores a base de platina
e ródio. A utilização do etanol como combustível é bastante interessante, pois
não é tóxico e provem de uma grande produção brasileira. Os catalisadores a base
de platina e ródio que serão sintetizados pelo método de redução por álcool e
caracterizados eletroquimicamente por voltametria cíclica e cronoamperometria,
onde irão fornecer as características eletroquímicas dos catalisadores nos quais
serão estudados com a perspectiva de aplicação em Células a Combustível.
quanto a realização, as tarefas foram feitas no laboratório de
eletroquímica da UFMA, Sintetizando catalisadores, fazendo as análises referente
ao projeto e elaborando relatórios e artigos científicos decorrentes do trabalho
desenvolvido.
PALAVRAS CHAVES: celula a combustivel; etanol; platina
INTRODUÇÃO: Os avanços tecnológicos têm resultado numa sociedade cada vez mais consumidora
de energia e um dos setores mais afetados é o de energia elétrica. Assim, para
evitar um possível colapso, várias alternativas vem sendo estudadas.
Na última década houve um grande avanço tecnológico, sendo esta a tecnologia
mais promissora para aplicações móveis, gerando energia elétrica com emissão
zero pela utilização do hidrogênio como combustível. O uso de hidrogênio como
combustível apre-senta ainda alguns inconvenientes operacionais e de infra-
estrutura, o que dificulta o seu uso. Por isso as células a combustíveis que
utilizam diretamente o álcool com combustível (DAFC-Direct Alcohol Fuel Cell)
vem despertando bastante interesse, pois não apresentam a necessidade de estocar
hidrogênio ou gerá-lo através da reforma de hidrocarbonetos.
A oxidação eletroquímica de etanol em eletro-dos de platina tem sido um tema de
bastante interesse nos últimos 20 anos 4-9. O etanol sendo renovável, é um
candidato em potencial para aplicação em células a combustível, tal interesse é
justificado pelo conteúdo energético no etanol, o que corresponde a 12e- por mo-
lécula de etanol oxidada. Entretanto a conversão total da molécula de etanol
para CO2 é o grande desafio da ele-trocatálise do etanol 4,6,8.
varios estudos têm sido estabelecidos por métodos espectroscópicos ou
eletroquímicos diferencial de espectrometria de massas, no qual o acetaldeido,
ácido acético e dióxido de carbono são os principais produtos durante a oxidação
em superfície de platina.Dessa forma,
este trabalho apresenta um estudo da influência da composição relativa de
catalisadores PtZr, preparados sobre o carbono Vulcan XC-72 pelo método de
redução por álcool, para um melhor desempenho na oxidação do etanol em
soluções aquosas ácidas.
MATERIAL E MÉTODOS: Com o objetivo de melhorar a atividade catalítica do carbono, foi realizado um
tratamento com HNO3 5M,no qual foi colocado 1000mg de carbono XC-72R em um balão
de destilação de 3 saídas, foi adicionado 250 ml de HNO3 5M. O sistema de
refluxo foi montado, mantendo uma temperatura ente 70ºC e 80ºC por 5 horas. A
amostra foi filtrada e lavada com água destilada até que o pH do filtrado
ficasse neutro, deixado naestufa de 60º C por 24 horas. Foi armazenado em vidro
protegido da umidade por 24h. OS ELETROCATALISADORES FORAM PREPARDOS PELO MÉTODO
DE REDUÇÕA POR ÁLCOOL. Os sais metálicos, na proporção
desejada, e o suporte de carbono foram adicionados a uma solução de etileno
glicol/água (75/25, v/v) e a
mistura resultante foi submetida a um refluxo por 2 h a uma temperatura de 80ºC.
Ao final do processo a
mistura foi filtrada e o sólido resultante foi lavado com água em excesso e seco
em estufa a 70ºC por 2 h. Uma célula eletroquímica convencional de dois
compartimentos foi utilizada nos experimentos. Um eletrodode folha de platina,
com uma área geométrica de aproximadamente 2 cm2, soldada a um fio do mesmo
metal e um eletrodo reversível de hidrogênio preparado com a mesma solução do
eletrólito suporte utilizado como eletrodos auxiliar e de referência,
respectivamente. As medidas de voltametria cíclica e cronoamperometria
foram realizadas com auxílio de um potenciostato PAR (Princeton Applied
Research) modelo 263A acoplado a um microcomputador. Os experimentos de
voltametria na ausência e presença de etanol foram realizados entre os
potenciais 0,05 e 1,0 V vs. ERH. Todos os reagentes utilizados no preparo das
soluções foram de grau analítico, ácido sulfúrico (Merck),Acido
hexacloroplatinico (Merck), Cloreto de ZIRCONIA E etanol.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: Os eletrocatalisadores a base de platina e zirconia ( 20% em massa de metais)
foram preparados pelo método de redução por álcool, usando como fonte de platina
o ácido hexacloroplatinico (H2PtCl6.6H2O) e o cloreto de ródio trihidratado
(RhCl3 .3H2O) como fonte de ródio. Carbono vulcan XC-72, que foi utilizado como
suporte, foi tratado com HNO3 , para aumentar a área ativa. Os sais metálicos,
na proporção desejada, e o suporte de carbono foram adicionados a uma solução de
etileno glicol/água (75/25, v/v) e a mistura resultante submetida a um refluxo
por 2 h a uma temperatura de 80ºC. Ao final do processo a a solução foi filtrada
e o sólido resultante lavado com água em excesso e seco em estufa a 70ºC por 2
h. O pó catalítico foi colocado sobre uma superfície polida de um eletrodo de
carbono vítreo e realizadas as análises pré-determinadas.
A combinação de platina e ródio em eletrodos bimetálicos para a oxidação do
etanol mostra que a zirconia produz um acréscimo acentuado no rendimento do
acetaldeido comparado com a platina pura. O rendimento de CO2 aumenta relativo à
platina pura, um aumento na seletividade para a formação de CO2 sobre a dos
produtos parcialmente oxidados mostra que os eletrodos bimetálicos PtZr/C são
fortes candidatos para a oxidação do etanol se um terceiro elemento for
adicionado, tanto para aumentar a velocidade de reação, quanto para diminuir o
potencial inicial de oxidação. O molibdenio é um bom candidato a ser adicionado
a liga PtZr/C visto que o mesmo irá suprir os sítios para formar espécies
oxigenadas mais ativa em um menor potencial e aumentar o acoplamento da ligação
CO-O, aumentando a velocidade de formação do CO2 20.Apresentou melhores
resultados na área de interesse foi o PtZr/C.
CONCLUSÕES: O método da redução por álcool mostrou-se efetivo para a obtenção de
eletrocatalisadores e se mostraram ativos para a eletrooxidação de etanol. Os
difratogramas de raios-X destes eletrocatalisadores mostraram a estrutura típica
cúbica de face centrada de platina. Os resultados de TEM mostraram uma
distribuição uniforme das particulas. A oxidação dos catalisadores PtZr/C ,
Pt2Zr/C e Pt3Zr/C apresentaram uma maior eficiência na oxidação do etanol em
relação à platina pura, observado no aumento da corrente faradaica e uma
diminuição significativa no potencial inicial de oxidação do álcool.
AGRADECIMENTOS: Ao IFMA pelo apoio institucional.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: 1. Calegaro, M.L, S.A.S. Machado, L.A. Avaca. Desenvolvimento de catalisadores obtidos por sol-gel
para uso em células a combustível de oxidação direta de metanol. Instituto de Química de São Paulo.
2 Oliveira, A. N-projeto de pesquisa
3 Wendt, H.; Götz, M. E Linardi, M.; Tecnologia de Células a Combustível, Química Nova, 23 (4)
(2000), 538-546.